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激光立体成形技术的发展现状与趋势

近年来，激光立体成形技术得到发达国家政府、大企业和研究机构的高度重视。作为美国制造业振兴计划“WeCantWait”项目的一部分,美国政府于20xx年8月高调宣布成立国家增材制造创新研究所(NAMII：NationalAdditiveManufacturingInnovationInstitute)，其第一阶段的政府和民间投资为7000万美元。奥巴马总统强调这个研究所的成立是强化美国制造业的步骤。在空客于2006年启动的集成机翼计划(IntegratedWingATVP，第一阶段总经费3400万英镑)中，英国焊接研究所(TWI)承担起落架激光成形研发工作，经费400万英镑，TWI为此建立了两套激光成形装备。南非科技与工业研究院(CSIR)下属的国家激光中心与南非航空制造公司Aerosud将合作开展Aeroswift项目研究。Aeroswift的目标是，自主开发高速度、大体积的高性能金属零件激光添加材料制造(LAM)系统，为全球航空工业制造钛金属材料配件，并力争在未来三年内，使Aerosud成为全球航空结构材料制造领域的领军者。Aeroswift的目标是直接加工2m×0.5m×0.5m的零件。为此，南非科技部已经投入了2800万兰特(约合1712万元人民币)，并且预计他们的LAM制造体系将在20xx年底至20xx年初完成组建和试验工作，然后开始优化和工艺鉴定，希望从20xx年开始全面生产。

美国波音公司、洛克希德·马丁公司、通用电气航空发动机公司、Sandia国家实验室和LosAlomos国家实验室、欧洲EADS公司、英国罗罗公司、法国SAFRAN公司、意大利AVIO公司、加拿大国家研究院、澳大利亚国家科学研究中心等大型公司和国家研究机构都对激光立体成形技术及其在航空航天领域的应用开展了大量研究工作。参与这项研究的世界著名大学更是数不胜数。

值得注意的是，美国军方对这项技术的发展给予了相当大的关注，在其直接支持下，美国于20xx年率先将这一先进技术实用化。应用目标包括先进飞机承力结构件如钛合金支架、吊耳、框、梁等，航空发动机零件如镍基高温合金单晶叶片，战术导弹、人造卫星、超音速飞行器的薄壁结构件如导弹制导部外壳座、导弹姿态控制系统的铼燃烧室等。20xx年10月该公司获得美国国防部后勤局(U.S.DefenseLogisticsAgency)出资1940万美元，资助AeroMet公司由单纯的技术研究开发到成为军用及民用飞机的通过认证的、性能可靠的钛合金结构件激光立体成形制造供应商的转变。

我国在激光立体成形技术领域处于世界先进水平。西北工业大学于19xx年开始在国内率先提出以获得极高(相当于锻件)性能构件为目标的激光立体成形的技术构思，并在迄今xx年的时间里持续进行了激光立体成形技术的系统化研究工作，形成了包括材料、工艺、装备和应用技术在内的完整的技术体系。针对航空航天等高技术领域对结构件高性能、轻量化、整体化、精密成形技术的迫切需求，开展了钛合金、高温合金、超高强度钢和梯度材料激光立体成形工艺研究，突破结构件的轻质、高刚度、高强度、整体化成形，应力变形与冶金质量控制，成形件组织性能优化等关键技术。激光成形和修复了大量飞机中关键结构件，解决了飞机任务研制过程中迫切需要解决的关键技术难题，为飞机研制与生产提供了有力的技术保障。针对大型钛合金构件的激光立体成形，解决了大型构件变形控制、几何尺寸控制、冶金质量控制、系统装备等方面的一系列难题，并试制成功C919大飞机翼肋TC4上、下缘条构件，该类零件尺寸达450mm×350mm×3000mm，成形后长时间放置后的最大变形量小于1mm，静载力学性能的稳定性优于1%，疲劳性能也优于同类锻件的性能。而专用于先进飞机结构件的激光成形修复装备可以修复尺寸达5000mm×600mm×3000mm的零件。激光组合制造和成形修复在航空工业中得到广泛应用。该技术的研究和应用还包括大型机械装备关键零件的高性能快速修复和口腔金属植入体的成形和医学临床研究。在激光立体成形工艺装备建设方面取得重大突破，实现我国商用激光立体成形工艺装备制造的零突破。截至20xx年，西工大向航空航天领域内国家大型企业和研究院所，以及GE中国研究中心提供了5台激光立体成形与修复装备，在领域内形成较大影响力。在激光立体成形装备方面，国内除西工大外，目前没有其他单位提供过商用化激光立体成形装备。目前，西北工业大学已经开发出了系列固定式和移动式激光立体成形工艺装备。针对不同应用特点，分别采用CO2气体激光器，YAG固体激光器，光纤激光器和半导体激光器，成形气氛中氧含量可控制在10ppm以内，具有熔池温度、尺寸和沉积层高度的实时监测和反馈控制系统，配备自